RTOS: hva er et sanntidsoperativsystem

For noen dager siden laget jeg en introduksjon om STR-er, et operativsystem for roboter, selv om det ikke akkurat er et OS slik det forstås innen databehandling, men snarere et rammeverk for robotikkutviklere. Nå er det tur til RTOS-utvidelse, som heller ikke er et operativsystem, men heller en veldig spesiell type operativsystem.

Disse operativsystemene er svært viktige for innebygde eller innebygde enheter med liten kapasitet, siden de vanligvis administreres av dem. I tillegg er de også viktige i industrielle applikasjoner, for kontroll av mange prosesser.

Hva er en RTOS?

Un RTOS (sanntidsoperativsystem) Det er, som navnet antyder, et sanntidsoperativsystem. Dette skiller seg fra tidsdelingsoperativsystemer ved at du jobber i et miljø der utdataresultater er kjent basert på systeminndata, og oppstår på et kjent tidspunkt. Derfor er de mer forutsigbare og stabile for å kontrollere spesifikke oppgaver, og prosessene ligger vanligvis permanent i minnet (i tidsdelingsprosesser laster og losser planleggeren fra hovedminnet etter behov).

av ejemplo, forestill deg en RTOS brukt til en industrimaskin på et samlebånd. Det ville være ansvarlig for å utføre en programvare for å bore deler fra tid til annen. Hvis operativsystemets planlegger ikke fungerte i sanntid, er det sannsynlig at det vil kjøre på odde tidspunkter, noe som vil føre til at boringen ikke blir utført i tide... Siden det er sanntid, kan RTOS fullføre utførelsen av programmet i X-tid og gjenta utførelsen for å utføre alle boringene i tide.

Selvfølgelig, som et operativsystem, deler det også grunnprinsippene til ethvert annet operativsystem, det vil si at det er et system som kan administrere maskinvaren og tilby en rekke tjenester til apper.

Typer RTOS

Flere typen sanntidsoperativsystemer eller RTOS:

Hard sanntid: det er et strengt sanntidsoperativsystem, der prosessene må utføres på et bestemt tidspunkt.
Myk sanntid: en fleksibel sanntid, hvor nesten ubetydelige øyeblikk kan gå tapt når du utfører prosessene noen ganger, det vil si at den ikke er så streng som den forrige. I tillegg er de utformet slik at disse tidskursene blir stadig mindre.
Fast sanntid: Faste sanntids SSOOer er en annen type der tid kan gå tapt, men sene svar vil ikke være gyldige.

Applikasjoner av en RTOS

En RTOS er et enkelt, lett system som brukes for begrensede eller enkle systemer, for eksempel innebygde enheter. Dette gjør dem perfekte for programmer som:

industriell kontroll.
Telefonbytte.
Flykontroll.
Simuleringer i sanntid.
militære applikasjoner.
Hvitevarer.
Grunnleggende forbrukerelektronikkenheter.
Roboter.
Etc.

Kjennetegn ved RTOS

RTOS har en rekke særegenheter som er det som gir dem disse fordelene fremfor resten for de enkle administrasjonsoppgavene. For å forstå dem bedre, er det nødvendig å kjenne til en rekke grunnleggende konsepter:

prosess eller oppgave: er et underprogram som kjører parallelt med RTOS. Denne prosessen kan utføre mange oppgaver, fra å kontrollere en perifer enhet til å utføre andre handlinger.
Arbeid: Dette er navnet gitt til tiden det tar å utføre en prosess.
Planlegger: RTOS-planleggeren lar deg administrere prioriteringer og tidspunkter for de utførte prosessene. Og det er to hovedtyper:
- Kooperativ: kaller de høyest prioriterte prosessene først og når prosessen avsluttes kaller den en annen eller, hvis prosessen tar lengre tid enn forventet, dreper den og kaller den neste.
- ekspropriativt: Fra tid til annen kaller den automatisk en prosess, men dette kan føre til feil på grunn av dårlig prioritet i prosessene eller avhengigheter. For å unngå disse problemene introduseres begrepet semaforer.
Trafikklys: de fungerer på samme måte som trafikken, kontrollerer når en prosess er i gang og lammer inngangen til resten av prosessene, og når den lar ressursene være fri, gir det "grønt lys" for den neste Tast inn. Noen RTOSer har flere semaforer, hver spesifikk for en delt ressurs.
Colas: de brukes til å kommunisere mellom prosesser, som en buffer, for eksempel for midlertidig datalagring eller når det er flere elementer som returnerer data til en enkelt mottaker.
Avbrudd: de fungerer som de for tidsdelingsoperativsystemer, men i en RTOS er det noen særegenheter. Disse typene avbrudd brukes for tidsstyring av en kontroller.

Eksempler på RTOS

Hvis du lurer på hva RTOS-operativsystemer eksisterer, er sannheten at det er et stort antall, både proprietære og åpen kildekode:

Arm OS: et operativsystem designet for Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A og lisensiert under Apache 2.0-lisensen.
økos: under modifisert GNU GPL-lisens er det et annet åpen kildekode-operativsystem for ARM-XScale-Cortex-M, CalmRISC, 680×0-ColdFire, fr30, FR-V, H8, IA-32, MIPS, MN10300, OpenRISC, PowerPC , SPARC, SuperH og V8xx.
prege: er et proprietært RTOS-system, for IoT og innebygde applikasjoner med ARM7/9/11, ARM Cortex-A/R/M, AVR, AVR32, C16x, CR16C, ColdFire, H8, HCS12, M16C, M32C, MSP430, NIOS2 , PIC18/24/32, R32C, R8C, RISC-V, RL78, RH850, RX100/200/600/700, RZ, SH2A, STM8, ST7, V850, 78K0 og 8051.
GratisRTOS: under MIT åpen kildekode-lisens er den ment for innebygd med ARM, AVR, AVR32, ColdFire, ESP32, HCS12, IA-32, Cortex-M3-M4-M7, Infineon XMC4000, MicroBlaze, MSP430, PIC, PIC32, Renes arkitekturene H8/S, RISC-V, RX100-200-600-700, 8052, STM32, TriCore og EFM32.
Fuchsia: Det er det berømte åpen kildekode-systemet laget av Google og designet for å fungere på både x86-64 og ARM64.
Kolibrier: et RTOS-system for x86 under den gratis GNU GPL-lisensen.
lynxOS: en annen RTOS, men denne proprietær, og for så forskjellige arkitekturer som Motorola 68010, x86/IA-32, ARM, Freescale PowerPC, PowerPC 970 og LEON. I tillegg er den POSIX-sertifisert.
Neutrino: et proprietært sanntidssystem for ARM, MIPS, PPC, SH, x86 og XScale.
Phoenix-RTOS: under en tillatt BSD-lisens, med støtte for ARMv7 Cortex-M, ARMv7 Cortex-A, IA-32 og RISC-V arkitekturer.
QNX: eier, og var veldig populær. Den er designet for å støtte x86-64, ARM32, ARM64 og tidligere MIPS, PowerPC, SH-4, StrongARM, XScale.
Linux: Selv om den vanligvis brukes i tidsdelingsmodus, kan kjernen også fungere som en tilnærming til en RTOS for innebygd.
Windows CE y Windows 10 IoT: Microsoft har også disse sanntidsversjonene av sitt proprietære operativsystem.
Zephyr: under Apache 2.0-lisensen er det også denne andre åpen kildekode RTOS for ARM (Cortex-M, Cortex-R og Cortex-A Series), x86, x86-64, ARC, RISC-V, Nios II, Xtensa og SPARC .

Hardwarelibre